JPH06122956A - プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置 - Google Patents

プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置

Info

Publication number
JPH06122956A
JPH06122956A JP4274019A JP27401992A JPH06122956A JP H06122956 A JPH06122956 A JP H06122956A JP 4274019 A JP4274019 A JP 4274019A JP 27401992 A JP27401992 A JP 27401992A JP H06122956 A JPH06122956 A JP H06122956A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
jet
substrate
plasma
region
spraying method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4274019A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Suzuki
茂夫 鈴木
Tetsuya Shiratori
哲也 白鳥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP4274019A priority Critical patent/JPH06122956A/ja
Publication of JPH06122956A publication Critical patent/JPH06122956A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は,プラズマ溶射で製膜する場合のプ
ラズマ溶射方法と装置に関するものであり,特に熱に弱
い基板に、高付着力で製膜できる製膜装置に関するもの
である 【構成】 プラズマジェットにより粉末を溶融させ、高
速で基板に衝突させて皮膜を形成するプラズマ溶射法で
あって、前記プラズマジェット17が基板18に衝突す
る近傍の、ジェット内粒子が完全溶融している領域27
よりも半径方向で外側の領域25に、ジェット噴出方向
と略同軸方向に、冷却あるいは雰囲気制御ガスを噴出さ
せながら製膜を行うプラズマ溶射方法であり、さらに冷
却あるいは雰囲気制御ガスの噴出速度が、プラズマジェ
ット中心領域の軸方向速度よりも小さく、噴出ノズル1
9が位置するジェット領域のジェットの軸方向速度より
も大きく、冷却あるいは雰囲気制御ガスの噴出ノズル出
口端と基板との距離が、噴出ノズル19からのジェット
29のポテンシャルコア領域内であるプラズマ溶射方法
と装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的絶縁、熱的絶
縁、耐摩耗、耐蝕等や機能膜をプラズマ溶射方法および
それを用いた製膜装置に関するものであり、特に熱に弱
い基板材料に金属材料やセラミック材料を熱負荷無しに
製膜できる溶射方法、装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、溶射技術は例えば耐摩耗、耐絶縁
膜等の製膜手法として広く利用され、燃焼ガスをその溶
融手段として使うガス溶射や電気エネルギーをその溶融
エネルギーとして使う電気式溶射等に大きく分類され
る。さらに電気式溶射ではアーク溶射やプラズマ溶射等
が一般的であり、特に最近では溶射皮膜の膜質等からプ
ラズマ溶射法が注目されている。図3はプラズマ溶射装
置の従来例を示したものである。水冷された陰極1と水
冷された陽極2の間に電源3によって直流アーク4を発
生させ、後方から送給するプラズマ作動ガス5をアーク
4によって熱し、アークプラズマジェット6としてノズ
ル7から噴出させる。溶射材料は粉末で、キャリアガス
8にのせてプラズマジェット6の中に吹き込み加熱溶融
し、かつ加速して基板9表面に高速で衝突させて皮膜を
形成するものである。この時作動ガスとしてはアルゴン
や窒素あるいはこれらのガスにヘリウム、水素を加えて
いる場合が多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
プラズマ溶射トーチを備えた溶射方法及び溶射装置にお
いては、ノズル7から噴出されるプラズマジェット6
は、条件にもよるが概略1万℃以上にも達し、実際に基
板に到達するジェットの領域でも、ジェット自身は数千
℃にもなる。またキャリアガス8によってジェット6中
に投入されて加熱溶融された粒子も数千℃の温度を有し
ている。この様に、基板に対しては、ジェットの熱負荷
とともに、粒子の熱負荷が付加され基板は大きく温度上
昇するものである。この温度上昇を抑えるために、基板
9あるいはトーチ本体10を出来るだけ高速に移動させ
ながら製膜し、単位時間の基板9への熱入力を低減させ
て温度上昇を抑える方法や、基板裏面11にガスあるい
は冷却液体を吹き付けて強制的に冷却する方法等があ
る。また特願平3ー119850の従来例に示すよう
に、基板表面に冷却ガスを吹き付けて冷却する方法もあ
る。
【0004】しかしながら前記の基板を高速に移動させ
る方法では、一回当りの製膜厚さが小さくなるために、
移動の回数を多数にする必要があり、その結果基板への
熱が蓄積されて最終的には基板温度が上昇するものであ
る。また基板裏面にガスや冷却液体を吹き付けて冷却す
る方法では、例えば基板が孔あき基板であるような場合
にはガスあるいは冷却液体がジェット側に抜けてしま
い、溶射効率が大きく落ちるといった欠点があるもので
あった。
【0005】一方基板表面に冷却ガスを吹き付ける従来
の方式では、確かに上記のような欠点は除かれるもの
の、単に冷却ガスを吹き付けるだけでは、冷却ガス量が
過大になったり、あるいは溶射効率が極端に低下した
り、また溶射膜質が低下するといった課題を有してい
た。
【0006】本発明はかかる点に鑑み、プラズマ溶射に
おいて基板に熱ダメージを与えることなく、更に膜質の
優れた溶射皮膜が形成できるプラズマ溶射方法および溶
射製膜装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】プラズマジェットにより
粉末を溶融させ、高速で基板に衝突させて皮膜を形成す
るプラズマ溶射法であって、前記プラズマジェットが基
板に衝突する近傍の、ジェット内粒子が完全溶融してい
る領域よりも半径方向で外側の領域に、ジェット噴出方
向と略同軸方向に、冷却あるいは雰囲気制御ガスを噴出
させながら製膜を行うプラズマ溶射方法であり、さらに
冷却あるいは雰囲気制御ガスの噴出速度が、プラズマジ
ェット中心領域の軸方向速度よりも小さく、噴出ノズル
が位置するジェット領域のジェットの軸方向速度よりも
大きく、冷却あるいは雰囲気制御ガスの噴出ノズル出口
端と基板との距離が、噴出ノズルからのジェットのポテ
ンシャルコア領域内であるプラズマ溶射方法と装置であ
る。
【0008】
【作用】冷却あるいは雰囲気制御ガス噴出ノズルを、ジ
ェット内粒子が完全溶融している領域よりも半径方向で
外側の領域に設け、さらにその噴出速度を規定している
ために、溶射膜質を低下させることなく、高速高温の粒
子領域を基板に付着させることが出来るため、基板前処
理が要らず、基板に熱ダメージを与えることなく溶射が
可能となるものである。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例における溶射
製膜装置の構成を示すものである。12はトーチ本体部
であり、内部には陰極13および陽極14さらには溶射
粉末供給ポート15より構成されており、プラズマ噴出
ノズル16よりプラズマジェット17が噴出される。ま
たジェット17の下流側に基板18が設けられており、
基板18面から所定距離だけ離し、さらにプラズマジェ
ット17の外周領域にプラズマジェット17の噴出方向
と略同方向に冷却あるいは雰囲気制御ガスを噴出する噴
出ノズル19を設けている。
【0010】以上のように構成されたこの実施例のプラ
ズマ溶射方法および溶射製膜装置において,以下その動
作を説明する。
【0011】まずArやHeなどのプラズマ作動ガス2
0を導入経路21より供給するとともに、別置きあるい
は直流電源に内蔵されたパルス電流発生機等によって、
前記陰極13と陽極14間にアーク22を発生させ、前
記プラズマ作動ガス20を熱プラズマとし、プラズマ噴
出ノズル16よりプラズマジェット17を形成させる。
次にトーチ本体12の内部あるいは外部に設けた溶射粉
末材料供給ポート23より溶射用の粉末材料24をプラ
ズマジェット17中に供給し溶融させる。溶融した粉末
材料24はプラズマジェット17の流れに乗り、加速さ
れ基板18に向けて飛行し、基板18に衝突し、皮膜3
0を形成するものである。この時プラズマジェット17
はプラズマ噴出ノズル16より噴出された後、図に示す
ように広がり、その外周領域はジェット自身が、低温で
低速な領域25となり、それ故その領域の溶射用粉末材
料26自身も、基板に付着はするが付着力が低く膜質の
悪い皮膜を形成する。この時我々の実験結果によれば、
基板18に与える熱負荷の殆どがプラズマジェット17
の有している熱が基板に衝突熱伝達することにより伝熱
される熱負荷であり、溶融粒子の基板に与える熱負荷は
小さいことが判っている。さらにプラズマジェット17
中の粉末溶射材料23が完全溶融している領域27のジ
ェットが保有している熱量よりも、粒子が溶融していな
い領域25のジェットの保有している熱量の方が多く、
基板への熱ダメージを防ぐという観点では、ジェットが
基板に到達する前にこの不用熱負荷領域25を冷却する
ことが重要であるということが判った。
【0012】そこで本発明では、プラズマジェット17
が基板18に衝突する近傍の、ジェット内粒子が完全溶
融している粒子の高温高速領域27よりも半径方向で外
側の領域に、プラズマジェット17の噴出方向と略同軸
方向に、冷却ガス28を噴出させる冷却ガス噴出ノズル
19を設けているものである。さらに前記冷却ガス噴出
ノズル19での噴出速度が、プラズマジェット17の中
心領域の軸方向速度よりも小さく、冷却ガス噴出ノズル
19が位置するプラズマジェット17領域のプラズマジ
ェット17の軸方向速度よりも大きく、冷却ガス28の
噴出ノズル19出口端と基板18との距離が、噴出ノズ
ル19からの冷却ガスジェット29のポテンシャルコア
領域内に存在するものである。
【0013】この様に冷却ガス噴出ノズル19を設け、
さらにその噴出速度を上記の如く制御することにより、
基板18に対する熱ダメージが大幅に軽減されるもので
ある。
【0014】また本発明によれば、従来の溶射では必須
条件であった基板18の下地処理すなわち付着力確保の
ための表面粗面化の工程が不必要となるものであった。
これは次のような理由によるものと考えられる。すなわ
ち従来は前述の粒子の不完全溶融でなお且つ粒子速度の
遅い領域までも、成膜に利用していたために、実際に溶
射する場合には、基板あるいはトーチ本体を移動させな
がら溶射成膜を行なうが、その時基板への初期形成膜と
してそれらの粒子による膜が形成され、その膜質によっ
て付着力が決定されていたためである。図2は従来のい
わゆる低温溶射膜と本発明の装置で作成した膜との付着
力を比較した図である。基板は板厚が0.2mmの金属板で
あり、バインダー層としてNiCrAlを設けその上にAl2O3
を溶射したものであり、バインダー層の厚みを横軸とし
て示している。この時従来の溶射膜では基板を表面エッチン
ク゛によってRa=0.6程度の粗面化しているが、本発明の方
法では粗面化をしておらず、その時基板の表面粗さはRa
=0.05であった。図より本発明の溶射膜は下地処理無し
にも関わらず、付着力が大きく優れた性能を有している
ことがわかる。この様に本発明の方法によれば、溶射効
率は若干低減するが、下地処理の不要性を考えるとトー
タルとして大きな効果を有する溶射成膜法である。
【0015】また本発明では、さらに前記冷却ガス噴出
ノズル19での噴出速度が、プラズマジェット17の中
心領域の軸方向速度よりも小さく、冷却ガス噴出ノズル
19が位置するプラズマジェット17領域のプラズマジ
ェット17の軸方向速度よりも大きく、噴出ノズル19
出口端と基板18との距離が、噴出ノズル19からの冷
却ガスジェット29のポテンシャルコア領域内に存在す
る様にしていることから、実際に溶射成膜している領域
に冷却ガスの流れの影響を与えることがないために高品
質な皮膜を形成できるとともに、ポテンシャルコア領域
の速度で基板を冷却するために、その冷却効率が大きく
なるものである。
【0016】本発明において冷却ガスの種類は特に限定
しないが、例えば大気圧溶射の場合にはコンプレッサー
を利用した圧縮空気でもよく、また溶射雰囲気を制御し
たり減圧中で行なう場合などは、不活性なアルゴンや窒
素等を用いてもよい。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
プラズマ溶射製膜が熱に弱い基板に適用できるととも
に、下地処理無しで高付着力な皮膜形成ができる装置を
提供することができるなど,その実用的効果は大なるも
のがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の溶射成膜装置を示す構成図
【図2】従来の溶射膜と本発明による溶射膜との付着力
の比較図
【図3】従来のプラズマ溶射装置を示す構成図
【符号の説明】
12 トーチ本体 13 陰極 14 陽極 17 プラズマジェット 18 基板 19 冷却ガス噴出ノズル

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマジェットにより粉末を溶融させ、
    高速で基板に衝突させて皮膜を形成するプラズマ溶射法
    であって、前記プラズマジェットが基板に衝突する近傍
    のジェット外周領域に、ジェット噴出方向と略同軸方向
    に、冷却あるいは雰囲気制御ガスを噴出させながら製膜
    を行うプラズマ溶射方法。
  2. 【請求項2】ジェット外周領域とは、ジェット内粒子が
    完全溶融している領域よりも、半径方向で外側であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のプラズマ溶射方法。
  3. 【請求項3】冷却あるいは雰囲気制御ガスの噴出速度
    が、プラズマジェット中心領域の軸方向速度よりも小さ
    く、噴出ノズルが位置するジェット領域のジェットの軸
    方向速度よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の
    プラズマ溶射方法。
  4. 【請求項4】冷却あるいは雰囲気制御ガスの噴出ノズル
    出口端と基板との距離が、噴出ノズルからのジェットの
    ポテンシャルコア領域内であることを特徴とする請求項
    1記載のプラズマ溶射方法。
  5. 【請求項5】陰極と陽極より成るプラズマジェット発生
    トーチと、発生するプラズマジェット内に溶射粒子を供
    給する粒子供給ポートを具備し、ジェットが基板に到達
    する近傍のジェット外周領域に、ジェットの噴出軸方向
    と略同軸方向にガスを噴出させるガス噴出ノズルを、基
    板と所定距離離して設けたことを特徴とする溶射製膜装
    置。
  6. 【請求項6】ガス噴出ノズルは、トーチあるいは基板の
    進行方向の前部、後部の少なくとも2カ所以上に設けら
    れていることを特徴とする請求項5記載の溶射製膜装
    置。
JP4274019A 1992-10-13 1992-10-13 プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置 Pending JPH06122956A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4274019A JPH06122956A (ja) 1992-10-13 1992-10-13 プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4274019A JPH06122956A (ja) 1992-10-13 1992-10-13 プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06122956A true JPH06122956A (ja) 1994-05-06

Family

ID=17535830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4274019A Pending JPH06122956A (ja) 1992-10-13 1992-10-13 プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06122956A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100317693B1 (ko) * 1998-03-23 2002-04-24 김창준 플라스마코팅방법
JP2007500791A (ja) * 2003-07-31 2007-01-18 プラックセアー エス.ティ.テクノロジー、 インコーポレイテッド 吹き付け装置において流出液をシールドする方法
JP2007217748A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Taiheiyo Cement Corp マシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法
JP2008534290A (ja) * 2005-03-22 2008-08-28 エルプスロー・アルミニウム・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング ろう付け用表面の部分的又は完全な被覆を持つアルミニウムから成る部材及び被覆を製造する方法
US20090246398A1 (en) * 2006-08-14 2009-10-01 Nakayama Steel Works ,Ltd. Method and apparatus for forming amorphous coating film
JP2012523497A (ja) * 2009-04-10 2012-10-04 サン−ゴバン コーティング ソルスィヨン モリブデン系ターゲット及び溶射によってターゲットを製造するための方法
CN110408921A (zh) * 2019-07-04 2019-11-05 广东省新材料研究所 一种喷嘴及其加工方法
JP2021042406A (ja) * 2019-09-06 2021-03-18 株式会社デンソー プラズマ溶射装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100317693B1 (ko) * 1998-03-23 2002-04-24 김창준 플라스마코팅방법
JP2007500791A (ja) * 2003-07-31 2007-01-18 プラックセアー エス.ティ.テクノロジー、 インコーポレイテッド 吹き付け装置において流出液をシールドする方法
JP2008534290A (ja) * 2005-03-22 2008-08-28 エルプスロー・アルミニウム・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング ろう付け用表面の部分的又は完全な被覆を持つアルミニウムから成る部材及び被覆を製造する方法
JP2007217748A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Taiheiyo Cement Corp マシナブルセラミックス基板への溶射皮膜の形成方法
US20090246398A1 (en) * 2006-08-14 2009-10-01 Nakayama Steel Works ,Ltd. Method and apparatus for forming amorphous coating film
JP2012523497A (ja) * 2009-04-10 2012-10-04 サン−ゴバン コーティング ソルスィヨン モリブデン系ターゲット及び溶射によってターゲットを製造するための方法
CN110408921A (zh) * 2019-07-04 2019-11-05 广东省新材料研究所 一种喷嘴及其加工方法
JP2021042406A (ja) * 2019-09-06 2021-03-18 株式会社デンソー プラズマ溶射装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10730063B2 (en) Plasma transfer wire arc thermal spray system
KR850000598B1 (ko) 플라즈마 분사장치
US6372298B1 (en) High deposition rate thermal spray using plasma transferred wire arc
KR20060071315A (ko) 콜드 스프레이 증착물의 레이저 강화
US6845929B2 (en) High efficiency nozzle for thermal spray of high quality, low oxide content coatings
US20130157040A1 (en) System and method for utilization of shrouded plasma spray or shrouded liquid suspension injection in suspension plasma spray processes
JPH06122956A (ja) プラズマ溶射方法及び溶射製膜装置
CN110184557B (zh) 一种激光复合热喷涂系统和方法
JP4164610B2 (ja) プラズマ溶射装置
US20070248766A1 (en) Method And Apparatus For Thermal Spray Coating
JPH04346649A (ja) プラズマ溶射方法及びプラズマ溶射装置
JP3305185B2 (ja) プラズマ溶射装置
KR101953608B1 (ko) 복수의 노즐을 포함하는 플라즈마 용사 코팅 장치
JPH09148094A (ja) プラズマ溶射トーチ
JP2018508644A (ja) 粒子の選択的除去を一体化する溶射方法
KR102550835B1 (ko) 플라즈마 용사 헤드, 플라즈마 용사 장치 및 플라즈마 용사 방법
US12030078B2 (en) Plasma transfer wire arc thermal spray system
JPH10152766A (ja) プラズマ溶射トーチ
JP2000096248A (ja) 表面処理装置および表面処理方法
JP2006241544A (ja) 微粒子成膜法及び微粒子成膜装置
JPH08127857A (ja) 溶射トーチおよび溶射方法
JP2007063613A (ja) 金属箔への溶射皮膜形成方法及び溶射皮膜形成金属箔並びに溶射皮膜形成装置
JPH05339699A (ja) プラズマ溶射方法
Kushram et al. Design of Spray Guns 5
JPH0578809A (ja) 電磁波シールド被膜形成法